柔剛可変可能なダイラタント流体を用いた流体静力学的骨格

使用具有可变灵活性的膨胀流体的静压框架

基本信息

批准号：
21K12001
负责人：
山田泰之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hosei University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，身体補助や拡張を目的とした身体装着型デバイスの身体固定方法として，内部圧力が高まった場合のみに骨格構造を形成できる流体静力学的骨格の応用を試みる．この柔剛可変骨格を実現して，装着型アシストデバイスの骨格構造により発生するトレードオフを改善することで身体機能補助・拡張に寄与できるか検討する．具体的には，流体静力学的骨格構造を瞬時に形成させる方法を検証している．本年度は，流体静力学的骨格構造を瞬時に形成するために利用を検討しているダイラタンシー流体の特性把握方法の検討と，特性の実験的検討を行った．ダイラタンシー流体として片栗粉と水の混合液が有名であるが，剪断速度の増加に対し，剪断応力(抗力)が加速度的に増加し，一時的に疑似固体化する．この現象を簡便に実験観察および計測する機器を製作した．また，それを用いて，片栗粉と水を主剤に，それらの分量の調整と，オイルや高分子ポリマ，ガラスビーズなどの他の混合物を加えた場合の特性を実験的に検討した．実験の結果，薄いシート形状でこの，ダイラタンシー流体の特性を利用するためには，粉体成分（片栗粉など）が流動性を持ちつつ沈殿しないようにする溶媒の比重調整が重要であることを見出した．また，システム全体の軽量化のために，ダイラタンシー流体を薄いシート形状とすることと柔剛可変特性のトレードオフがあることも分かった．また，片栗粉を主原料としたダイラタンシー流体は時間が経過すると性能が劣化することも分かり，その抑制の必要性も課題であることを見出した．

在这项研究中，我们尝试应用仅当内部压力增加时才能形成骨骼结构的静水骨骼作为固定用于身体支撑和扩张的穿戴式设备的方法。通过实现这种灵活可变的骨骼，我们将研究它是否可以通过改善可穿戴辅助设备骨骼结构带来的权衡来有助于辅助和扩展身体功能。具体来说，我们正在验证一种立即形成静水骨骼结构的方法。今年，我们研究了一种了解剪胀流体特性的方法，并对其特性进行了实验研究，我们正在考虑使用该方法来立即形成静压骨架结构。马铃薯淀粉和水的混合物作为膨胀性流体而闻名，但随着剪切速率的增加，剪切应力（阻力）加速增加，导致其暂时变成伪固体。我们创建了一种设备来轻松地通过实验观察和测量这种现象。此外，我们还用它实验研究了以马铃薯淀粉和水为主要成分，调整其用量，并添加其他混合物（如油、聚合物和玻璃珠）时的性能。实验结果发现，为了发挥薄片状膨胀性流体的特性，重要的是调整溶剂的比重，使粉末成分（马铃薯淀粉等）具有良好的分散性。具有流动性但不沉淀Ta。研究还发现，为了减轻整个系统的重量，在将膨胀性流体制成薄片形状和其可变的柔性特性之间存在权衡。还发现以马铃薯淀粉为主要成分的膨胀性流体的性能随着时间的推移而劣化，并且发现需要抑制该问题也是一个问题。